ПРОТОН
(от греч. protos - первый;
символ р), стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. П. имеет
массу т
г (или т
где т
положит. электрич. заряд е = (4,803242 ± ±0,000014) <.
10-10 ед. заряда в системе СГС. Спин П. равен 1/2 (в
единицах Планка постоянной h), и как частица с полуцелым спином
П. подчиняется Ферми - Дирака статистике (является фермионом). Магнитный
момент П. равен м
П.
образуют ядра атомные всех хим. элементов, при этом число П. в ядре
равно атомному номеру данного элемента и, следовательно, определяет место
элемента в периодической системе элементов. Свободные П. составляют
осв. часть первичной компоненты космических лучей. Существует античастица
по
отношению к П.- антипротон.
Представление о П. возникло в 1910-х гг.
в виде гипотезы о том, что все ядра составлены из ядер атома водорода.
В 1919-20 Э. Резерфорд экспериментально наблюдал ядра водорода,
выбитые а-частицами из ядер др. элементов; он же в нач. 20-х гг. ввёл термин
"П.". Трудность, заключающаяся в том, что атомные номера элементов меньше
их атомных масс, была окончательно устранена лишь в 1932 открытием нейтрона.
П. является сильно взаимодействующей частицей
(адроном) и относится к "тяжёлым" адронам - барионам; барионный заряд
П.
В = + 1. Закон сохранения барионного заряда объясняет стабильность П.-
самого лёгкого из барионов. П. участвуют также во всех других видах фундаментальных
взаимодействий элементарных частиц - электромагнитном, слабом и гравитационном.
В сильном взаимодействии П. и нейтрон имеют
совершенно одинаковые свойства и поэтому рассматриваются как два квантовых
состояния одной частицы - нуклона. Возможность объединения адронов в такого
рода семейства частиц с общими свойствами - изотопические мультиплеты (см.
Изотопическая
инвариантность) - учитывается введением квантового числа "изотопич,
спин"; изотопич. спин нуклона I = 1/2. Важнейшим примером сильного взаимодействия
с участием П. являются ядерные силы, связывающие нуклоны в ядре. Экспериментальное
исследование сильного взаимодействия в большой мере основано на опытах
по рассеянию П. и мезонов на П., в к-рых были открыты, в частности,
новые сильно взаимодействующие частицы - антипротон, гипероны, резонансы.
Теоретич. объяснение свойств П. затруднено отсутствием удовлетворит.
теории сильного взаимодействия. Общий подход, к-рый даёт лишь качеств.
объяснение, состоит в предположении, что П. окружён "облаком" виртуальных
частиц, к-рые он непрерывно испускает и поглощает. Сильное взаимодействие
П. с др. частицами рассматривается как процесс обмена виртуальными адронами
(см. Сильные взаимодействия, Множественные процессы).
Электромагнитные свойства П. неразрывно
Примерами слабого взаимодействия с
Ввиду стабильности П., наличия у него электрич.
Лит.: Резерфорд Э., Избр. научные
связаны с его участием в более интенсивном сильном взаимодействии. Примером
такой связи является фоторождение мезонов, к-рое можно рассматривать как
выбивание мезонов из облака виртуальных адронов, окружающих П., y-квантом
с энергией порядка 150 Мэв и более. Взаимодействием П. с виртуальными
Пи+-мезонами качественно объясняется большое отличие магнитного
момента П. от ядерного магнетона (к-рому он должен быть равен, если ограничиться
только квантовомеханич. описанием на основе Дирака уравнения). В
1950-х гг. в опытах по рассеянию на П. электронов и у-квантов Р. Хофштадтером
и др. (США) было обнаружено пространств. распределение электрического заряда
и магнитного момента П., что свидетельствует о наличии внутренней структуры
П. Влияние "размазывания" заряда и магнитного момента на взаимодействие
П. с электронами учитывается обычно введением электрического и магнитного
форм-факторов
- множителей, квадраты которых характеризуют уменьшение сечения рассеяния
на реальном, физическом П. по сравнению с рассеянием на точечной частице
(т. е. на частице с точечным зарядом е и точечным магнитным моментом
м
точечноподобные рассеивающие центры (т. н. партоны).
участием П. являются внутриядерные превращения П. в нейтрон и наоборот
(бета-распад
ядер и К-захват). В 1953 наблюдался процесс, обратный В-распаду,-
образование нейтрона и позитрона при поглощении свободным П. антинейтрино,
что было первым прямым экспериментальным доказательством существования
нейтрино.
заряда и относит. простоты получения П. ионизацией водорода пучки ускоренных
П. являются одним из осн. инструментов экспериментальной физики элементарных
частиц. Очень часто и мишенью в опытах по соударению частиц также являются
П.- свободные (водород) или связанные в ядрах. Крупнейшие ускорители П.-
Серпуховский ускоритель на 76 Гэв (СССР) и ускоритель в Батавии
на 400 Гэв (США). Максимальная эквивалентная энергия при столкновении
П. ок. 1500 Гэв достигнута в ускорителе со встречными протонными
пучками (каждый с энергией 28 Гэв) в Европ. центре ядерных исследований
(ЦЕРН, Швейцария). Ускоренные П. используются не только для изучения рассеяния
самих П., но также и для получения пучков др. частиц: я- и К-мезонов, антипротонов,
мюонов.
К 1973 получены обнадёживающие результаты по использованию пучков ускоренных
П. в медицине (в лучевой терапии).
труды, кн. 2 - Строение атома и искусственное превращение элементов, пер.
с англ., М., 1972; Бейзер А., Основные представления современной физики,
пер. с англ., М., 1970; Барчер В. Д., Клайн Д. Б., Рассеяние при высоких
энергиях, в сб.: Элементарные частицы, в. 9, М., 1973; Кендалл Г. В., Пановский
В. К. Г., Структура протона и нейтрона, там же; Гольдин Л. Л. [и др. ],
Применение тяжёлых заряженных частиц высокой энергии в медицине, "Успехи
физических наук", 1973, т. 110, в. 1, с. 77-99. Э. А. Тагиров.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я